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Die Erfindung betrifft eine Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeugverkleidungsteil und ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene strukturelle Verstärkungen für Fahrzeugkarosserien bekannt. Beispielsweise ist aus der
US 6,296,301 B1 eine strukturelle Verstärkung für eine Fahrzeugkarosserie bekannt, welche ein gewebtes Fasermaterial umfasst, welches mit einem schmelzbaren Harz durchdrängt und verfestigt wird. Diese strukturelle Verstärkung ist dabei ein Bestandteil der Karosserie selbst, wobei ein stabiler Gesamtverbund dadurch entsteht, dass sich das Verbundmaterial mit den Karosserieteilen selbst verbindet. Allerdings ergibt sich hier die Problematik eines komplizierten und aufwändigen Verfahrens, mittels welchem das Fasermaterial zusammen mit dem Harz und den Karosserieteilen verbunden wird.
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DE 42 15 427 A1 betrifft einen versteiften Kunststoffgegenstand sowie ein Spritzgussverfahren zur Herstellung desselben.
GB 2 196 584 A1 offenbart ein Versteifungselement für ein Kraftfahrzeug. Das Versteifungselement weist einen Metalleinleger oder ein Maschengewebe auf, welches in einen Kunststoff eingebettet ist.
US 5,290,079 offenbart einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, wobei der Stoßfänger unter anderem eine Kunststoffoberfläche aufweist, in welche ein Maschengewebe eingebettet ist.
DE 10 2006 041 099 A1 offenbart ein Rahmenelement für einen Kraftwagen sowie eine Befestigungsanordnung eines derartigen Rahmenelements an einer Kraftwagenkarosserie.
DE 10 2005 033 030 A1 betrifft einen Karosserievorbau eines Kraftwagens mit einer Stirnwand, die einen vorderen Motoraggregatraum von einer Fahrgastzelle des Kraftwagens trennt, wobei eine Versteifungsstrebe vorgesehen ist, über welche die Aggregatetrennwand an einem Karosseriequerträger abgestützt wird.
US 6,315,326 B1 betrifft einen Überrollbügel für ein Sportfahrzeug. Der Überrollbügel weist dabei einen Körper auf, welcher der Form des Überrollbügels folgt und aus einem zweidimensional gegossenen Material besteht, welches eine Verrippung aufweist.
DE 199 58 605 A1 betrifft ein Dachmodul eines Fahrzeugdachs mit einer Dachaußenhaut und einem Himmel, wobei zumindest ein Flächenbereich der Dachaußenhaut aus Kunststoff besteht und unterhalb dieses Flächenbereichs zumindest eine Antenne, insbesondere für Mobilfunk, zwischen der Dachaußenhaut und dem Himmel angeordnet ist.
DE 195 21 793 C1 offenbart eine Lenksäule für Kraftfahrzeuge, welche Streben als Stütze des Mantelrohrs bei Fahrzeugteilen umfasst, wovon mindestens eine Strebe in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug, ein verbessertes Kraftfahrzeugverkleidungsteil und ein verbessertes Kraftfahrzeug zu schaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug mit einem sich in Längsrichtung der Strebe erstreckenden Metalldrahtgewebe geschaffen, wobei das Metalldrahtgewebe von einem Kunststoff umgossen ist, wobei die Versteifungsstrebe starr ist. Die Eigenschaften der Versteifungsstrebe können durch eine nahezu beliebige Variation des Metalldrahtgewebes hinsichtlich Durchmesser, Gewebeaufbau und Metallwahl sowohl für Kette und Schuss, Art des Gewebegeflechts und Maschendichte beeinflusst werden. Eine weitere Anpassung der Eigenschaften liegt in der geeigneten Auswahl eines Kunststoffs, von welchem das Metalldrahtgewebe umgossen ist.
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Unter einer Versteifungsstrebe wird im Folgenden eine Strebe verstanden, welche räumlich getrennt von dem zu versteifenden Bauelement bereit gestellt wird und an diesem Bauelement durch Befestigungsmittel zur Versteifung des Bauelements fixiert werden kann. Die Fixierung kann dabei durch eine form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung erzielt werden, wobei in allen Fällen lediglich die Versteifung an dem Bauelement punktuell fixiert ist, d. h. an vereinzelten Punkten zwischen Versteifung und Bauelement die form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung erzielt wird. Somit wird unter einer Versteifungsstrebe insbesondere keine rippenförmige Versteifung eines Bauteils verstanden, wobei die Rippen durchgängig einstückig mit dem Bauteil verbunden sind.
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Ausführungsformen der Erfindung haben den Vorteil, dass ein hochstabiles Versteifungsmaterial bereitgestellt werden kann, welches trotz seiner hohen Stabilität aufgrund der Verwendung eines Metalldrahtgeflechts und der Verwendung von Kunststoff ein geringes Eigengewicht hat. Im Vergleich zu gängigen Stahlverstrebungen können bei nahezu gleichen mechanischen Eigenschaften Gewichtsersparnisse bis zu 85% erzielt werden. Dies ist insbesondere im Fahrzeugbereich deshalb relevant, da jede Gewichtseinsparung einen Minderverbrauch an Antriebsenergie der Kraftfahrzeuge gewährleistet.
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Eine hohe mechanische Stabilität rührt zum einen daher, dass aufgrund der Verwendung des Metalldrahtgeflechts eine extrem hohe Zugfestigkeit gegeben ist. Durch den Zusatz des Kunststoffs wird andererseits die Druckfestigkeit gewährleistet, womit insgesamt ein Verbundwerkstoff entsteht, für welchen die mechanischen Eigenschaften nahezu beliebig durch entsprechende Materialwahl wie oben erwähnt variierbar ist und welcher in optimaler Weise die Eigenschaften von Kunststoff und Metall vereinigt.
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Des Werteren sind keine Rostschutzmaßnahmen hinsichtlich des Metalldrahtgeflechts notwendig, da das Metalldrahtgeflecht bzw. Metalldrahtgewebe von dem Kunststoff umgossen ist. Während im Stand der Technik vielerorts Versteifungen in Kraftfahrzeugen durch Stahlträger bewirkt werden, welche in entsprechender Weise vor Korrosion geschützt werden mussten, erübrigt sich somit ein solcher Korrosionsschutz durch die Verwendung der Versteifungsstrebe.
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Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist, dass die Versteifungsstreben unabhängig von anderen Fahrzeugkomponenten hergestellt werden können. In lediglich einem einzigen kostengünstigen, schnellen und einfachen Arbeitsschritt müssen somit lediglich die Versteifungsstrebe und das zu versteifende Teil zusammengefügt werden, womit der aus dem Stand der Technik bekannte aufwändige Schritt des Angießens von Kunststoff an Karosserie und Metallfasermaterial zum Erhalt eines Gesamtverbunds entfällt.
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Weiter weist die erfindungsgemäße Versteifungsstrebe zumindest ein Sensormittel auf, wobei das Sensormittel von dem Kunststoff der Versteifungsstrebe umgossen ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Sensormittel um einen Drucksensor und/oder einen Zugsensor und/oder einen Crashsensor und/oder einen Sensor zur Messung physikalischer Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Umgebungshelligkeit.
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Die Implementierung entsprechender Sensormittel in die Versteifungsstrebe selbst hat den Vorteil, dass in optimaler Weise an kritischen Stellen des Kraftfahrzeugs entsprechende Sensorinformationen erfasst werden können. Handelt es sich beispielsweise bei dem Sensormittel um einen Drucksensor, so kann in einfacher Weise lokal das Auftreten von Spannungsspitzen in der Versteifungsstrebe detektiert werden, um somit in Zusammenwirkung mit anderen Sensoren des Kraftfahrzeugs festzustellen, ob hier lediglich eine für Fahrzeuginsassen unwesentliche äußere Krafteinwirkung auf die Versteifungsstrebe vorliegt, oder ob gar insgesamt Anzeichen für einen aktuell stattfindenden Fahrzeugcrash vorliegen, um aufgrund dessen beispielsweise verschiedene Sicherheitssysteme des Kraftfahrzeugs zu aktivieren, z. B. Airbags auszulösen oder Gurte zu straffen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe zumindest eine Sicke auf, wobei die Sicke zu Erhöhung der Biegesteifigkeit der Versteifungsstrebe ausgebildet ist. Durch die Verwendung von Sicken in der Versteifungsstrebe wird die Biegesteifigkeit der Versteifungsstrebe in einfacher Weise weiter erhöht, womit die mechanische Stabilität der Versteifungsstrebe weiter optimiert wird. Hierbei handelt es sich um eine technisch sehr einfach umsetzbare Lösung: Wird beispielsweise eine Form zur Herstellung der Versteifungsstrebe verwendet, in welche der Kunststoff eingegossen wird, so genügt es bei entsprechender Metalldrahtgewebewahl, im Werkzeug die entsprechende Sickenform abzubilden. Je nach Flexibilität des Drahtgeflechts nimmt dieses nämlich bereits beim Einlegen in das Werkzeug die beabsichtigte Form durch ihr Eigengewicht ein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das Drahtgeflecht durch das Einbringen des Kunststoffs in die Form gepresst wird. Damit ist vorzugsweise ein vorheriges Formen der Sicken nicht erforderlich.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe zumindest eine Verstärkungsrippe auf, wobei die Verstärkungsrippe an einem Radius der Versteifungsstrebe angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Verstärkungsrippe an einem durch die Sicke gebildeten Radius der Versteifungsstrebe angeordnet. Durch die zusätzliche Ausbildung von Verstärkungsrippen wird weiter die Stabilität der Versteifungsstrebe bei gegebenen „Knickpunkten”, das heißt Stellen an welchen die Versteifungsstrebe einen gewissen Radius hat, erhöht. Vorzugsweise weist dabei die Verstärkungsrippe selbst nur den Kunststoff auf, mit welchem das Metalldrahtgewebe umgossen ist. Damit ergibt sich aufgrund der Einstückigkeit von Versteifungsstrebe und Kunststoffverstärkungsrippe ein hochstabiler Gesamtverbund, wobei die Gewichtszunahme der Versteifungsstrebe durch das Einbringen der Verstärkungsrippen nahezu nicht verändert wird, da diese aus reinem Kunststoffmaterial bestehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe an zumindest einem Ende ein Endstück auf, wobei das Endstück und die Versteifungsstrebe einstückig sind, wobei das Endstück zur Befestigung der Versteifungsstrebe an einem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder einem Kraftfahrzeugkarosserieteil ausgebildet ist.
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Damit ist es in einfacher und rascher Weise möglich, die vorzugsweise separat von dem Fahrzeugverkleidungsteil und/oder dem Fahrzeugkarosserieteil hergestellte Versteifungsstrebe an dem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder Kraftfahrzeugkarosserieteil anzubringen. Bei dem Endstück kann es sich beispielsweise um einen Endnippel handeln, welcher in eine entsprechende gegenstückige Aufnahme eingesetzt wird. Es kann sich auch um eine Öse und/oder ein Rastmittel und/oder einen Schweißdom handeln, mit welchem die Verbindung zwischen der Versteifungsstrebe und dem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder dem Kraftfahrzeugkarosserieteil hergestellt wird. Möglich sind auch die Verwendung von speziellen Klebeverbindungen und die Verwendung eines anderen Kunststoffs als Endstück, wobei im letzteren Fall vorzugsweise dieser andere Kunststoff dahingehend optimiert ist, um in möglichst einfacher, rascher und sicherer Weise die Verbindung mit dem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder dem Kraftfahrzeugkarosserieteil herzustellen. Allgemein dient das Endstück zur Herstellung einer form-, stoff- oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder dem Kraftfahrzeugkarosserieteil.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe ferner zumindest ein erstes Kunststoffformteil auf, wobei das erste Kunststoffformteil zur Halterung von Fahrzeugkomponenten ausgebildet ist. Dieses erste Kunststoffformteil ist dabei wiederum vorzugsweise einstückig mit der Versteifungsstrebe selbst ausgebildet und besteht außerdem vorzugsweise ausschließlich aus dem Kunststoff der Versteifungsstrebe. Das Gesamtgewicht der Versteifungsstrebe wird durch das erste Kunststoffformteil nicht wesentlich verändert.
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Unter „Fahrzeugkomponente” wird im vorliegenden Fall jegliche Komponente eines Kraftfahrzeugs verstanden, welche lose im Kraftfahrzeug angeordnet ist und welche einer Befestigung an einer starren Kraftfahrzeugkomponente bedarf, um somit bei Bewegung des Kraftfahrzeugs auftretende Schlaggeräusche oder Klappergeräusche zu unterbinden, welche daher rühren, dass die lose Fahrzeugkomponente aufgrund der Bewegung des Kraftfahrzeugs und daher resultierender Rüttelbewegungen gegen andere Fahrzeugkomponenten geschleudert wird. Durch die Halterung der Fahrzeugkomponente durch das erste Kunststoffteil wird eine entsprechende Bewegung der Fahrzeugkomponente erheblich eingeschränkt oder verhindert. Damit wird die Notwendigkeit einer separaten aufwändigen Anbringung von Halterungen an Kraftfahrzeugverkleidungsteilen und/oder Kraftfahrzeugkarosserieteilen erheblich verringert bzw. vermieden. Anstatt also zusätzliche Kunststoffhalterungen an Kraftfahrzeugverkleidungsteilen und/oder Kraftfahrzeugkarosserieteilen anzuordnen, genügt es hier, diese Halterungen in Form der ersten Kunststoffformteile zusammen mit der Versteifungsstrebe bereitzustellen.
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Entsprechende erste Kunststoffformteile können beispielsweise Anschraubdome, Clipse, oder Bügel bzw. jede beliebige Art von Haltemitteln für Fahrzeugkomponenten umfassen. Fahrzeugkomponenten umfassen beispielsweise elektrische Verbindungskabel, Kabel für Antennen des Schließsystems (keyless entry) oder Schlauchleitungen, welche insbesondere bei der Verwendung der Versteifungsstrebe in einer Kraftfahrzeugtür damit in einfacher Weise aus dem Scheibenlauf herausgehalten werden können. Das erste Kunststoffformteil kann jedoch auch beispielsweise Halteclipse oder Rasthakenelemente zum Einhängen von Schalldämmmatten, Aufnahmen zum Einrasten von Scheibenwaschdüsen, Aufnahmen von Scharnieren und Aufstellstangen und deren Ruhelagenclipse umfassen.
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Nach einer werteren Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe zumindest ein zweites Kunststoffformteil auf, wobei das zweite Kunststoffformteil zur Halterung der Versteifungsstrebe selbst an einem Kraftfahrzeugverkleidungsteil und/oder einem Fahrzeugkarosserieteil ausgebildet ist. In diesem Fall kommt dem zweiten Kunststoffformteil im Gegensatz zum ersten Kunststoffformteil nicht die Funktion der Halterung einer Fahrzeugkomponente zu, sondern das zweite Kunststoffformteil dient zur Halterung der Versteifungsstrebe an entsprechenden Kraftfahrzeugverkleidungsteilen und/oder Fahrzeugkarosserieteilen selbst. Auch hier können beispielsweise beliebige Arten von Befestigungsmitteln zur Halterung der Versteifungsstrebe Einsatz finden, wie beispielsweise Rastmittel, oder auch Ösen zur Herstellung entsprechender Schraub- oder Nietverbindungen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden das Metalldrahtgewebe und der Kunststoff einen Durchdringungsverbundwerkstoff. In anderen Worten liegt hier nicht lediglich zum Beispiel ein massives Stahlseil vor, welches lediglich an der Seiloberfläche von Kunststoff umgossen ist, sondern es liegt ein Netzwerk von Metalldrähten vor, wobei dieses Netzwerk von dem Kunststoff durchsetzt ist. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Metalldrähte selbst aus weiteren dünnen Drahtfilamenten bestehen, welche ihrerseits jedoch nicht vom Kunststoff selbst durchsetzt sind.
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Durch die Bildung eines Durchdringungsverbundwerkstoffs wird die Gesamtstabilität der Versteifungsstrebe werter erhöht.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Versteifungsstrebe eine Vorschwächungsstelle auf, wobei die Vorschwächungsstelle für eine Deformation der Versteifungsstrebe in eine vorgegebene Richtung ab einer vorgegebenen Krafteinwirkung auf die Versteifungsstrebe ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise dann von relevanter Bedeutung, wenn eine solche Versteifungsstrebe als Kraftfahrzeugquerversteifungselement im Kraftfahrzeug angeordnet ist. Im Falle eines Seitenaufpralls kann durch die kontrollierte Deformation der Versteifungsstrebe aufgrund der Vorschwächungsstelle Seitenaufprallenergie abgebaut werden, wobei jedoch gleichzeitig gewährleistet werden kann, dass die Deformation der Versteifungsstrebe in eine Richtung weg vom Kraftfahrzeuginnenraum stattfindet. Dieses Grundprinzip kann auf verschiedenste Anordnungen von Versteifungsstreben in einem Kraftfahrzeug ausgedehnt werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass eine Versteifungsstrebe, welche in einer Frontaube eines Kraftfahrzeugs untergebracht ist, eine entsprechende Vorschwächungsstelle aufweist, welche bei einem Frontcrash des Kraftfahrzeugs gewährleistet, dass eine knickförmige Zusammenfaltung der Motorhaube in kontrollierter Weise zum Energieabbau stattfindet Nach einer werteren Ausführungsform der Erfindung ist die Versteifungsstrebe als elektrischer Leiter ausgebildet. In anderen Worten dient die Versteifungsstrebe zur Leitung des elektrischen Stroms im Kraftfahrzeug. Beispielsweise könnte eine Versteifungsstrebe, welche am Kardantunnel des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, dazu verwendet werden, um eine Stromführung von elektrischen Komponenten im Heck zu elektrischen Komponenten im Frontbereich des Fahrzeugs zu realisieren. Eine Batterie des Kraftfahrzeugs könnte zu diesem Zweck im Heck-Kofferraum untergebracht sein, wohingegen der Fahrzeugmotor im Frontbereich untergebracht ist, wobei durch die Versteifungsstrebe zumindest teilweise die Stromführung von der Batterie zum Motor realisiert wird.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeugverkleidungsteil mit zumindest einer Versteifungsstrebe, wobei die Versteifungsstrebe parallel zu der durch das Kraftfahrzeugverkleidungsteil gebildeten Erstreckungsebene am Kraftfahrzeugverkleidungsteil angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeugverkleidungsteil um eine Fronthaube oder um eine Heckhaube oder eine Fahrzeugtüre oder eine Dachkomponente eines Kraftfahrzeugs.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Versteifungsstrebe, wobei die Versteifungsstrebe vorzugsweise als Fahrzeugquerversteifungselement im Kraftfahrzeug angeordnet ist. Im Stand der Technik sind entsprechende Kraftfahrzeugquerversteifungen meist Stahlrohre mit angeschweißten weiteren Funktionselementen. Solche Funktionselemente sind Abschlussbleche mit Löchern und Abkantungen, Stahlstreben, auch mit Abkantungen und Durchbrüchen zum Anschluss an Mittelkonsolen, Pedalblöcken, Lenkradhalter und Handschuhfächern und kleineren Elementen wie Schweißmuttern. Indem nun stattdessen eine Versteifungsstrebe zum Einsatz kommt, welche ein Metalldrahtgewebe hat, welches mit einem Kunststoff umgossen ist, kann nun bei gleichbleibender Stabilität eine erhebliche Gewichtseinsparung des Kraftfahrzeugquerversteifungselementes gewährleistet werden. Außerdem kann, wie bereits obig beschrieben, durch die Verwendung von ersten Kunststoffformteilen, welche einstückig mit der Versteifungsstrebe ausgebildet sind, ein Ersatz für die obig genannten Funktionselementen bereitgestellt werden.
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Als weiteren Einsatzort einer Querversteifungsstrebe ist beispielsweise die Heckklappe des Kraftfahrzeugs denkbar. Insbesondere hier bietet es sich wieder an, entsprechende Funktionselemente an der Versteifungsstrebe mit anzuordnen, wie z. B. Befestigungspunkte für Heckscheibenwischer oder Scheibenwaschdüsen selbst.
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Es sei angemerkt, dass die Versteifungsstreben eine nahezu beliebige geometrische Form einnehmen können, welche geeignet ist, um entsprechenden mechanischen Anforderungen gerecht zu werden. Möglich ist zum Beispiel die Ausbildung von H-förmigen Profilen, T förmigen Profilen, allgemeinen Mehrkantenprofilen, beispielsweise in Form einer Dreieck- oder Viereckform, Rundprofilformen, wobei insbesondere für alle Hohlprofile im Rahmen einer Gewichtseinsparung vorzugsweise lediglich der Profilmantel ein entsprechendes Metallgewebe aufweisen kann und ansonsten der vom Mantel umgegebene Hohlraum mit Kunststoff gefüllt ist.
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So ist es zum Beispiel möglich, durch spiralförmiges Aufwickeln eines Stahlseilgewebebandes auf ein extrudiertes Kunststoffrohr und anschließendes Umspritzen mit Kunststoff ein sehr stabiles Rohr in Durchdringungsverbundbauweise herzustellen, dessen Gesamtgewicht erheblich unter dem eines entsprechenden Stahlrohres mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften liegt. Während des Umspritzungsvorganges können, wie beim Metalldruckguss, die bei der Stahltechnik angeschweißten Funktionselemente, wie bereits obig erwähnt, direkt mit angespitzt werden. Wenn die Funktionselemente Hebel oder Streben sind, können hier wiederum zur Verstärkung Stahlseilgewebebänder eingelegt werden.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Versteifungsstrebe,
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2 eine schematische Ansicht einer Kraftfahrzeugtür mit einer Versteifungsstrebe,
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3 schematische Querschnittansichten von verschiedenen Versteifungsstrebenprofilen und eine Versteifungsstrebe mit Verstärkungsrippen,
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4 eine schematische Ansicht einer Versteifungsstrebe mit Sicken,
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5 eine schematische Ansicht einer Kraftfahrzeugfronthaube mit Versteifungsstreben.
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Im Folgenden sind einander ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Versteifungsstrebe 100, wobei diese Versteifungsstrebe ein Metalldrahtgewebe aufweist. Das Metalldrahtgewebe ist im vorliegenden Fall der Einfachheit halber nicht als Gewebe, sondern lediglich in Form von parallel angeordneten Metalldrähten 104 gezeigt. In der Praxis sind jedoch diese Metalldrähte 104 entweder miteinander verwoben oder verflochten oder miteinander verdrillt. Die Metalldrähte 104 können wiederum aus Drahtfilamenten bestehen, welche ebenfalls wiederum ineinander innerhalb eines Metalldrahtes verwoben oder verflochten sind.
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Die Versteifungsstrebe 100 ist von einem Kunststoff 102 umgossen, wobei Hohlräume 106, welche durch das Metalldrahtgewebe 104 gebildet wunden, von dem Kunststoff 102 durchdrungen sind. Damit ergibt sich insgesamt ein Durchdringungsverbundwerkstoff mit optimalen mechanischen Eigenschaften.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Kraftfahrzeugtüre 200. Die Kraftfahrzeugtüre 200 als Verkleidungsteil weist Scharniere 204 auf, mittels welcher die Fahrzeugtüre 200 an einer Kraftfahrzeugkarosserie angeschraubt werden kann. Ein Schloss 202 stellt auf der den Scharnieren gegenüberliegenden Seite die Wirkverbindung mit der Karosserie her. Um nun insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls das Verletzungsrisiko von Fahrzeuginsassen zu minimieren, ist eine möglichst hohe Steifigkeit der Fahrzeugtüre 200 gewünscht. Diese Steifigkeit wurde im Stand der Technik durch den Einbau von entsprechenden Stahlprofilen in die Fahrzeugtüre 200 gewährleistet. Zwar gewährleistet dies eine hohe Sicherheit, führt jedoch dazu, dass die Kraftfahrzeugtüre insgesamt sehr schwergewichtig wird. Beispielsweise beträgt das Zusatzgewicht einer üblichen Türstrebe mit 1 m Länge, bestehend aus 1,5 mm Stahlblech mit einer Blechbreite von 100 mm ca. 1,2 kg.
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Aufgabe der Strebe ist es unter anderem, beim Seitenaufprall den Widerstand gegen ein Eindringen von größeren Gegenständen in den Innenraum zu erhöhen. Dabei soll ein Teil der aufprallenden Energie durch Verformung absorbiert werden und auch große Teile der Energie auf die Türrahmenteile verteilt werden, die meist auch verstärkt ausgeführt sind. Solche Streben können im Stand der Technik als Hohlprofilrohre ausgeführt sein, aber auch als gebogene Stanzbiegeteile. Verbunden sind diese Teile im Stand der Technik mit dem Türversteifungsbereich durch Schweißen, Kleben oder durch separate Befestigungselemente, wie Schrauben oder Nieten.
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Wie in der 2a gezeigt, kann jedoch stattdessen die erfindungsgemäße Versteifungsstrebe 100 zum Einsatz kommen, welche vorzugsweise einander gegenüberliegende Anbindungspunkte der Kraftfahrzeugtür an die Fahrzeugkarosserie verbindet. Im vorliegenden Fall der 2a ist dies eine Verbindung des unteren Scharniers 204 mit dem Schloss 200. Im Falle der 2b kommt gar eine gekoppelte Türversteifungsstrebe 100 zum Einsatz, wodurch eine Verbindung zwischen beiden Scharnieren 204 und dem Schloss 202 erreicht wird.
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Eine typische Türversteifungsstrebe unter Verwendung beispielsweise von Polypropylen mit ähnlichen Dimensionen wie die Stahltürstrebe aus dem Stand der Technik, d. h. bei 1 m Länge, 1,5 mm Dicke und gar 120 mm Breite ergibt eine durchschnittliche Gewichtsersparnis von 85%, da eine solche Strebe lediglich weniger als 200 g wiegt. Werden also entsprechende erfindungsgemäße Versteifungsstreben in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugverkleidungsteilen, wie Kraftfahrzeugtüren, Front- oder Heckhauben, im Kraftfahrzeugdach oder anderen Kraftfahrzeugkomponenten verbaut, kann in einfacher und kostengünstiger Weise eine erhebliche Gesamtgewichtsreduktion des Kraftfahrzeugs bewirkt werden.
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Die 3 zeigt verschiedene Querschnittansichten von Versteifungsstrebenprofilen. Beispielsweise handelt es sich um T-förmige Profile 310, rechteckige Profile 312, dreieckige Profile 316, Profile mit gebogenen Komponenten zur optimalen Kraftverteilung, wie das Profit 314, oder auch Profile, welche nebst waagerechten Komponenten auch V-förmige Komponenten aufweisen, welche an den waagerechten Komponenten angeordnet sind (vgl. Profil 318).
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Im Falle der Hohlprofile 312 und 316 können entsprechende Hohlräume 306 und 304, beispielsweise durch den Kunststoff der Versteifungsstrebe, ausgefüllt sein, wodurch die mechanische Stabilität, insbesondere die Druckfestigkeit, weiter erhöht wird. Aus Gewichtsersparnisgründen ist es jedoch auch möglich, die Hohlräume 306 und 304 nicht auszufüllen.
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In der 3b ist eine Ansicht einer Versteifungsstrebe 100 gezeigt, wobei die Versteifungsstrebe 100 verschiedene Knickpunkte 302 aufweist. An diesen Knickpunkten 302 ist jeweils eine Verstärkungsrippe 330 angeordnet. Durch die Verstärkungsrippen 330 erhält das Versteifungselement 100 an den Knickpunkten die erforderliche Stabilität, um in optimaler Weise auf das Versteifungselement wirkende Momente und Kräfte übertragen zu können.
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Ferner ist in der 3b ein Endstück 308 gezeigt, im vorliegenden Fall in Form eines Nippels, welcher in eine entsprechende gegenstückige Aufnahme eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils oder eines Teils der Kraftfahrzeugkarosserie eingesetzt werden kann. Das Endstück 308 weist hierbei eine Verjüngung des Durchmessers 320 auf, wodurch das Endstück eine H-förmige Ausgestaltung erfährt. Die Verjüngung stellt dabei den Querbalken des H dar. Ist nun die entsprechend gegenstückige Aufnahme so ausgebildet, dass lediglich die Verjüngung des H-förmigen Endstücks aufgenommen wird, so ist in einfacher Weise eine formschlüssige Verbindung von Endstück und Kraftfahrzeugkarosserie bzw. Kraftfahrzeugverkleidungsteil gewährt, welche sowohl auf Zug als auch auf Druck belastbar ist, und welche in einfacher Weise durch einen Mechaniker montierbar ist.
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Die 4 zeigt eine weitere schematische Ansicht einer Versteifungsstrebe 100, wobei die Versteifungsstrebe Sicken 404 aufweist. Durch diese Sicken wird die Biegesteifigkeit der Versteifungsstrebe signifikant erhöht. Ebenfalls in der 4 gezeigt sind wiederum Verstärkungsrippen 330, welche an dem durch die Sicken gebildeten Radii angeordnet sind.
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Anstatt der Verwendung von Versteifungsrippen 330, welche an den Radii der Versteifungsstreben 404 angeordnet sind, ist es auch möglich, die durch die Radii der Versteifungsstreben 404 gebildeten Hohlräume komplett mit dem Kunststoff der Versteifungsstrebe auszufüllen.
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Des Weiteren ist in der 4 ein erstes Kunststoffformteil 402 gezeigt, welches im vorliegenden Fall dazu dient, ein Kabelelement 400 des Kraftfahrzeugs elastisch zu haltern. Das erste Kunststoffformteil ist dabei als Kabelklemme ausgebildet und bildet mit der Versteifungsstrebe 100 eine einstückige Einheit.
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Die 5 zeigt eine Kraftfahrzeugfronthaube, insbesondere eine Motorhaube 500. An der Fronthaube 500 sind nun wiederum verschiedene Versteifungsstreben 100 angeordnet. Diese Versteifungsstreben verbinden die Ecken der Fronthaube 500 miteinander, wobei insbesondere die von den Ecken der Fronthaube ausgehenden Versteifungsstreben 100 alle mit einer kreisförmigen Versteifungsstrebe 100, welche mittig an der Fronthaube angeordnet ist, gekoppelt sind. Durch die kreisförmige Ausbildung der Versteifungsstrebe 100 kann hiermit in besonders optimaler Weise eine Kraftverteilung innerhalb des Versteifungsstrebenverbunds bewirkt werden.
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Weitere Versteifungsstreben der Fronthaube 500 sind die parallel zu den Fronthaubenkanten verlaufenden Versteifungsstreben.
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Die Versteifungsstreben 100 sind nun mit entsprechenden ersten Kunststoffformteilen ausgestaltet, wobei die jeweiligen ersten Kunststoffformteile und die Versteifungsstreben einen einstückigen Gesamtverbund bilden. So sind beispielsweise an den Versteifungsstreben verschiedene Befestigungselemente 502 für eine Dämmmatte der Fronthaube angeordnet. Die ersten Kunststoffformteile umfassen auch Befestigungen 504 für einen Frontscheibenreinigungsschlauch, eine Aufnahme 506 für einen Schlossbügel der Fronthaube, eine Aufnahme 508 für eine Aufstellstange der Fronthaube sowie Aufnahmen 508 für die Reinigungsdüsen, welche an der Fronthaube angeordnet werden.
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Bei einer derartigen Konstruktion können neben Gewichtsreduzierung zusätzliche Kosten durch einen hohen Integrationsgrad in Grenzen gehalten werden. Diese Technik erlaubt auch eine Produktion mit vormontierten Modulen, die einbaufertig an das Automobilband geliefert werden könnten.
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Versteifungsstreben wie in 5 gezeigt, können auch als Verstärkungen im Dachbereich eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, insbesondere wenn die ursprüngliche Dachkonstruktion durch Öffnungen, Verschiebe- und Hubdächer geschwächt ist.
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Wie bereits oben erwähnt, handelt es sich vorzugsweise bei den Versteifungsstreben 100 um Durchdringungsverbundwerkstoffe. Dabei wird anwendungsspezifisch gewährleistet, dass die unterschiedlichen Vorteile der einzelnen Werkstoffe im Endstoff kombiniert werden und entsprechende Nachteile ausgeschlossen werden.
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Vorzugsweise kommen hier Stahldrähte zum Einsatz. Durch eine weitere Verarbeitung zu einem Seil und dann zu einem Gewebe bleibt die Zugfestigkeit erhalten. Die Zugfestigkeit lässt sich bei einer Gewebeherstellung durch die Auswahl der Seile für Kette und Schuss unabhängig voneinander variieren. Im Vergleich zum Stand der Technik ist eine solche Variation der Zugfestigkeit bei massiven Blechen nicht der Fall. Die Zugfestigkeit ist in diesem Fall in allen Richtungen annähernd gleich.
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Die Verarbeitung von dünnen Stahldrähten zu Seilen und dann zu Geweben erlaubt eine Flexibilität, die abhängig ist von der Qualität des Stahldrahtes, der Seilkonstruktion und der Maschendichte. Die Flexibilität des Gewebes ermöglicht es, wie bereits erwähnt, das Gewebe ohne entsprechende Vorformung in ein Kunststoffspritzgusswerkzeug einzulegen, wobei die Schließkraft des Werkzeugs ausreicht, um das Gewebe in eine vorbestimmte Form zu pressen. Die notwendige Steifigkeit wird anschließend durch Umspritzen mit einem Kunststoff erzeugt.
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Es sei hier jedoch angemerkt, dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Versteifungsstreben nicht nur Kunststoffspritzgusstechniken zum Einsatz kommen können, sondern jegliche Art von bekannten Herstellungsverfahren, mittels welchen ein Metalldrahtgewebe von einem Kunststoff umgossen werden kann.
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Die Biegefestigkeit des Gesamtverbunds von Metalldrahtgewebe und Kunststoff wird auch bei den Versteifungsstreben 100 in der 5 überwiegend durch die Materialeigenschaften des Kunststoffs bestimmt. Durch die Verwendung von Sicken wird weiterum die Biegefestigkeit erhöht. Allerdings wird aufgrund der Zugfestigkeit der integrierten Metalldrähte bei einer Biegung der Versteifungsstrebe die Festigkeit derselben gesteigert.
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Es sei angemerkt, dass durch die Durchdringung des Kunststoffs durch die Maschen des Gewebes sich eine deutlich höhere Verbindungskraft als bei reinen Laminaten ergibt.
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Die Funktionselemente wie Rippen, Anschraubdome, Haltebügel und Clipse sowie Federarme können beispielsweise direkt an die Versteifungsstrebe angespritzt werden. Auch kann das so hergestellte Teil in 2K-Technik mit weiteren Elementen eines anderen Kunststoffs ergänzt werden. Dies kann auch eine aufextrudierte Dichtlippe eines Elastomers sein.
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Möglich ist auch die Herstellung dünner, großflächiger Teile mit stark erhöhter Druckfestigkeit. Beispielsweise können Motorhauben aufgrund Verkleidungsteile aus entsprechenden Verbundwerkstoffen hergestellt werden, welche ein Metalldrahtgewebe aufweisen, welches von einem Kunststoff wie obig beschrieben umgossen ist. Neben einem geringen Eigengewicht haben solche Verkleidungsteile den Vorteil, dass sich durch die Verwendung von Kunststoffen diese in einfacher Weise in Wagenfarbe lackieren lassen. Frontendteile, Spiegelgehäuse oder beliebige Fahrzeugteile lassen sich so in einfacher und kostengünstiger Weise in bestehende Kraftfahrzeugentwicklungsreihen integrieren.
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Auch ist es möglich, erfindungsgemäße Versteifungsstreben zusammen mit flächigen Verbundmaterialien, bestehend aus einem Metalldrahtgewebe und einem umgossenen Kunststoff, zu kombinieren. Dabei können entweder zwei separat hergestellte Verbundwerkstoffelemente zusammengefügt werden oder auch beide Verbundwerkstoffelemente in einem Fertigungsprozess hergestellt werden. Hierzu stehen insbesondere zur Herstellung von Hohlkammerprofilen Prozesse, wie „water” oder „gass injection„ zur Verfügung.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Versteifungsstrebe
- 102
- Kunststoff
- 104
- Metalldrahtgewebe
- 106
- Hohlraum
- 200
- Kraftfahrzeugtür
- 202
- Schloss
- 204
- Scharnier
- 302
- Knickpunkt
- 304
- Hohlraum
- 306
- Hohlraum
- 308
- Endstück
- 310
- Profil
- 312
- Profil
- 314
- Profil
- 316
- Profil
- 318
- Profil
- 320
- Verjüngung
- 330
- Rippe
- 400
- Kabelelement
- 402
- Kabelklemme
- 404
- Sicke
- 500
- Fronthaube
- 502
- erstes Kunststoffformteil
- 504
- erstes Kunststoffformteil
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- erstes Kunststoffformteil